高导热率（高导热系数）工模具钢DHA-Thermo的特性及开发背景

DHA-Thermo模具钢的特性及开发背景

DHA-Thermo钢是兼具35W/(m.K)~37W/(m.K)高导热系数和必要力学性能的新型压铸模具钢，特别适用于需减轻烧结和增大压铸凝固速度的场所，较之DHA1（JIS SKD61）钢，DHA-Thermo钢的轴芯温度下降了140K，从而细化了与轴芯接触的素坯的表层铸造组织，并增大了其凝固速度。DHA-Thermo钢的应用使压铸时间缩短30%，整体铸造时间缩短10%，实现了压铸的高效率生产。

DHA-Thermo钢的特性概念图

DHA-Thermo钢的开发背景
冷却压铸金属模具的目的是：
①因凝固速度的增大而缩短铸造时间，并细化铸造组织；
②因减轻了烧结和热疲劳龟裂而延长模具使用寿命。
所以，为了将生产成本与铸造成本直接挂钩，模具的冷却就处于重要的技术地位。近年来，生产周期的缩短和铸造技术的进步导致模具高温化，从而进一步增强了模具冷却的重要性。为了大幅度改善模具的冷却能力，增设模具内部的冷却回路是有效的。但这些方法易受模具结构的制约，而且还增大了水冷孔裂纹的危险性。因此，有时不改变内冷方案，而采用高导热系数的钨合金生产模具。然而钨合金的冷却能力虽然优良，可是其强度和韧性却成了需要解决的新问题。
    在上述背景下，对兼具高导热系数和优良力学性能的模具钢的潜在需求大而迫切。因此，日本大同特殊钢株式会社研究了高温工具钢的高导热系数化问题。首先，根据估算模具冷却时间的数值解析结果，将导热系数目标定为37W/(m.K)。并且根据合金元素和特性的关系研究了模具用钢的成分，从而开发了既确保比原通用钢DHA1（JIS SKD61）钢高1.3~1.6倍的导热系数，又具有金属模具所必需的力学性能的工具钢---DHA-Thermo。
DHA-Thermo钢是具有原通用钢没有的“高导热率（高导热系数）”这一全新概念的工（模）具用钢。在完成作为热交换器任务的压铸模上，冷却能力的高低是重要的实用性能。

DHA-Thermo钢的特性
    将DHA-Thermo钢的特性与作为压铸模具用钢的代表DHA1（JIS SKD61）进行了比较。从钢的导热系数对温度的依存性可知，在模具断面内温度范围内的673K以下，开发钢的λ达到了37W/(m.K)的目标值；而在室温下开发钢的λ为DHA1（JIS SKD61）的1.6倍。
    根据DHA-Thermo和DHA1（JIS SKD61）两种对比钢从1303K等速冷却时的相变特性。开发钢临界冷却速度较小（为DHA1的1.2~1.9倍），作为高温工具钢而确保了必要的淬透性。
    分析研究以4K/s冷速急冷后再回火为44HRC（C洛氏硬度）状态的金相组织：DHA-Thermo和DHA1（JIS SKD61）两种钢的Ms点（即上马氏点）是同等的，且各自的金相组织并无明显差别。但另一方面，贝氏体相变温度高的开发钢在慢速淬火时的组织易粗大化。
    调查了钢的冲击值与其淬火时冷却速度之间的关系，结果表明：冲击值随冷速的增大而增高，无论是DHA-Thermo，或是一般用途的H13系列钢，还是作为高级材料的DH31-Super钢均遵循此变化规律。而且，在各种冷却速度（0.01℃/s~4℃/s）下，DHA-Thermo钢的冲击值都高于一般H13系列钢而低于高级材料的DH31-Super、Uddeholm ORVAR Supreme及Uddeholm DIEVAR。其高的原因是DHA-Thermo钢的断裂起点的粗大碳化物较少之故；其低的原因是DH31-Super、Uddeholm ORVAR Supreme及Uddeholm DIEVAR钢的纯净状态对淬透性的影响较大，这也验证了经特殊（如电渣重熔）精炼的材料韧性高。
    将急冷材进行3.6ks回火后的硬度变化表明，较之DHA1（JIS SKD61）的最高硬度53HRC，DHA-Thermo钢的最高硬度约低3HRC（即为50HRC），但后者获得最高硬度的温度却为873K，比前者高出75K。另外，此两种钢的高温抗拉强度并无明显差别，且高温延伸率和断面收缩率也是同等的。
    关于机械疲劳强度、延迟断裂强度、切削性能、耐熔损性、焊接性，DHA-Thermo与经特殊熔炼的DH31-Super、Uddeholm ORVAR Supreme及Uddeholm DIEVAR钢也无太大差别。
    特别需要指出的是，在DHA-Thermo钢的使用方面，必须注意淬火、尺寸、氮化等关键点：
①由于环境气氛的不同，DHA-Thermo钢加热时的表层脱碳较DHA1（JIS SKD61）钢更显著，故淬火加热应在真空状态下进行。因DHA-Thermo钢的淬透性没有DHA1（JIS SKD61）模具钢高，故推荐其冷却宜在4bar以上的压力下进行。
②使用尺寸（单重）应≯40kg。
③DHA-Thermo钢的氮化层软而且深，从其在823K经10.8ks盐浴氮化处理的硬度分布可知，其表层硬度为800HV~900HV，较之DHA1（JIS SKD61）钢约低250HV；而其氮化层深度约为0.2mm，是DHA1（JIS SKD61）钢的1.4倍。

DHA-Thermo钢的详细技术资料，敬请浏览产品展示栏目--日本大同高热传导率热作模具钢_DHA-Thermo技术资料。

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